电力拖动自动控制系统 第3章 直流调速系统的数字控制
直流调速系统的数字控制 •第 3 章
内容提要 微型计算机数字控制的主要特点 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬 件和软件 数字测速与滤波 数字P调节器 用离散控制系统设计数字控制器
内容提要 • 微型计算机数字控制的主要特点 • 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬 件和软件 • 数字测速与滤波 • 数字PI调节器 • 用离散控制系统设计数字控制器
3.0问题的提出 前两章中论述了直流调速系统的基本规律和设计方法, 所有的调节器均用运算放大器实现,属模拟控制系统。 模拟系统具有物理概念清晰、控制信号流向直观等 优点,便于学习入门,但其控制规律体现在硬件电路和 所用的器件上,因而线路复杂、通用性差,控制效果受 到器件的性能、温度等因素的影响。 以微处理器为核心的数字控制系统(简称微机数 字控制系统)硬件电路的标准化程度高,制作成本 低,且不受器件温度漂移的影响;其控制软件能够 进行逻辑判断和复杂运算,可以实现不同于一般线 性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制 规律,而且更改起来灵活方便
3. 0 问题的提出 前两章中论述了直流调速系统的基本规律和设计方法， 所有的调节器均用运算放大器实现，属模拟控制系统。 模拟系统具有物理概念清晰、控制信号流向直观等 优点，便于学习入门，但其控制规律体现在硬件电路和 所用的器件上，因而线路复杂、通用性差，控制效果受 到器件的性能、温度等因素的影响。 以微处理器为核心的数字控制系统（简称微机数 字控制系统）硬件电路的标准化程度高，制作成本 低，且不受器件温度漂移的影响；其控制软件能够 进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线 性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制 规律，而且更改起来灵活方便
3.1微型计算机数字控制的主要特点 总之,微机数字控制系统的稳定性好,可靠性高,可 以提高控制性能,此外,还拥有信息存储、数据通信和 故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能 由于计算机只能处理数字信号,因此,与模拟控制系统 相比,微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化: f 离散化: 为了把模拟的连续 信号输入计算机,必须 首先在具有一定周期的 f(nT) 原信号 几采样 采样时刻对它们进行实 时采样,形成一连串的 脉冲信号,即离散的模 拟信号,这就是离散化。 O1234
3. 1 微型计算机数字控制的主要特点 总之，微机数字控制系统的稳定性好，可靠性高，可 以提高控制性能，此外，还拥有信息存储、数据通信和 故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。 由于计算机只能处理数字信号，因此，与模拟控制系统 相比，微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化： • 离散化： 为了把模拟的连续 信号输入计算机，必须 首先在具有一定周期的 采样时刻对它们进行实 时采样，形成一连串的 脉冲信号，即离散的模 拟信号，这就是离散化。 O t f(t) 原信号 O n f(nT) 1 2 3 4 … 采样
数字化: N(nT 采样后得到的离散 信号本质上还是模拟信号, 还须经过数字量化,即用 组数码(如二进制码) 来逼近离散模拟信号的幅 值,将它转换成数字信号 O 数字化 这就是数字化。 离散化和数字化的负面效应 离散化和数字化的结果导致了时间上和量 值上的不连续性,从而引起下述的负面效应: (1)AD转换的量化误差:模拟信号可以有无穷 多的数值,而数码总是有限的,用数码来逼近模 拟信号是近似的,会产生量化误差,影响控制精 度和平滑性
• 数字化： 采样后得到的离散 信号本质上还是模拟信号， 还须经过数字量化，即用 一组数码（如二进制码） 来逼近离散模拟信号的幅 值，将它转换成数字信号， 这就是数字化。 数字化 O n N(nT) n 离散化和数字化的负面效应 离散化和数字化的结果导致了时间上和量 值上的不连续性，从而引起下述的负面效应： （1）A/D转换的量化误差：模拟信号可以有无穷 多的数值，而数码总是有限的，用数码来逼近模 拟信号是近似的，会产生量化误差，影响控制精 度和平滑性
(2)DA转换的滞后效应:经过计算机运算和处 理后输出的数字信号必须由数模转换器D/A和保持器 将它转换为连续的模拟量,再经放大后驱动被控对象 但是,保持器会提高控制系统传递函数分母的阶次, 使系统的稳定裕量减小,甚至会破坏系统的稳定性 随着微电子技术的进步,微处理器的运算速 度不断提高,其位数也不断增加,上述两个问题 的影响已经越来越小 但微机数字控制系统的主要特点及其负面效 应需要在系统分析中引起重视,并在系统设计中 予以解决 返回目录
（2） D/A转换的滞后效应：经过计算机运算和处 理后输出的数字信号必须由数模转换器D/A和保持器 将它转换为连续的模拟量，再经放大后驱动被控对象。 但是，保持器会提高控制系统传递函数分母的阶次， 使系统的稳定裕量减小，甚至会破坏系统的稳定性。 随着微电子技术的进步，微处理器的运算速 度不断提高，其位数也不断增加，上述两个问题 的影响已经越来越小。 但微机数字控制系统的主要特点及其负面效 应需要在系统分析中引起重视，并在系统设计中 予以解决。 返回目录
3,2微机数字控制双闭环直流调速系统 的硬件和软件 3.20系统组成方式 数字控制直流调速系统的组成方式大致 可分为三种: 1.数模混合控制系统 2.数字电路控制系统 3.计算机控制系统
3.2 微机数字控制双闭环直流调速系统 的硬件和软件 3.2.0 系统组成方式 数字控制直流调速系统的组成方式大致 可分为三种： 1. 数模混合控制系统 2. 数字电路控制系统 3. 计算机控制系统
数模混合控制系统特点: 1.数模混合控制系统-转速釆用模拟调节器, 也可采用数字调节器; 电流调节器采用数字调节器; 脉冲触发装置则采用模拟电路 数字电路 NAC A/D TA ASR ACR DIA 如]本○ A/D
1. 数模混合控制系统 U* n Un U* i Uc Ui - 数字电路 ~ -- 数模混合控制系统特点： – 转速采用模拟调节器， 也可采用数字调节器； – 电流调节器采用数字调节器； – 脉冲触发装置则采用模拟电路
2.数字电路控制系统 数字电路控制系统特点: 除主电路和功放电路外, 转速、电流调节器,以及 脉冲触发装置等全部由数 字电路组成。 数字电路 AD TA 主电路 PLG ASR ACR D/P ]本 P/D
2. 数字电路控制系统 M PLG ASR ACR D/P U* n P/D / 3 AC TA Ui U n U U c * i _ A/D 数字电路 主电路 - - ~ U* n Un U* i Ui Uc 数字电路控制系统特点： – 除主电路和功放电路外， 转速、电流调节器，以及 脉冲触发装置等全部由数 字电路组成
3.计算机控制系统 微机控制电路 主电路 AD O TA PLG AsRF○ACR D/P P/D 在数字装置中,由计算机软硬件实现其功能,即为计算 机控制系统。系统的特点: 双闭环系统结构,采用徼机控制; 全数字电路,实现脉冲触发、转速给定和检测; 采用数字P算法,由软件实现转速、电流调节
3. 计算机控制系统 M PLG ASR ACR D/P U *n + P/D / 3 AC TA Ui Un U Uc * i _ A/D 微机控制电路 主电路 - ~ U* n Un Ui U* i Uc 在数字装置中，由计算机软硬件实现其功能 ，即为计算 机控制系统。系统的特点： – 双闭环系统结构，采用微机控制； – 全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和检测； – 采用数字PI算法，由软件实现转速、电流调节